Kubernetes集群性能测试之kubemark集群搭建

Kubemark是K8s官方提供的一个对K8s集群进行性能测试的工具。它可以模拟出一个K8s cluster（Kubemark cluster），不受资源限制，从而能够测试的集群规模比真实集群大的多。这个cluster中master是真实的机器，所有的nodes是Hollow nodes。Hollow nodes执行的还是真实的K8s程序，只是不会调用Docker，因此测试会走一套K8s API调用的完整流程，但是不会真正创建pod。

Kubermark是在模拟的Kubemark cluster上跑E2E测试，从而获得集群的性能指标。Kubermark cluster的测试数据，虽然与真实集群的稍微有点误差，不过可以代表真实集群的数据，具体数据见Updates to Performance and Scalability in Kubernetes 1.3 – 2,000 node 60,000 pod clusters。因此，可以借用Kubermark，直接在真实集群上跑E2E测试，从而对我们真实集群进行性能测试。

在这里插入图片描述

kubemark包括两个部分：

  1. 一个真实的kubemark master控制面，可以是单节点也可以是多节点。
  2. 一组注册到kubemark集群中的Hollow node，通常是由另一个k8s集群（external集群）中的Pod模拟，该pod ip即为kubemark集群中对应Hollow node的IP。

说明：

上面的external和kubemark集群也可以使用一个集群进行测试。

kubemark项目编译及镜像制作

kubemark镜像可以使用网上已经构建好的，也可以自己构建。kubemark源码位于kubernetes项目中，编辑及制作kubemark镜像是搭建kubemark集群的第一步。准备好go语言环境，环境中需要安装docker，如果使用国内网络请自行配置goproxy及docker镜像加速源，然后执行命令：

mkdir -p go/src/k8s.io/
cd go/src/k8s.io/
#　克隆kubernetes源码
git clone https://github.com/kubernetes/kubernetes.git
cd kubernetes

# 根据自己的需要，checkout目标分支
git checkout v1.19.0 -f

# 编译
make WHAT='cmd/kubemark'
cp _output/bin/kubemark cluster/images/kubemark/
cd cluster/images/kubemark/
#　构建镜像，过程其实就是将编译构建的kubemark二进制文件拷贝到基础镜像中，可以根据需要修改Dockerfile文件。
sudo make build

说明：

默认情况下构建kubemark镜像的base镜像会从gcr.io仓库拉取base镜像，一方面该仓库需要魔法上网才能拉取，另外就是测试发现该镜像做了很多裁剪，不方面后续进入容器排查。这里可以改为使用其他镜像，例如centos:7。

制作出的容器镜像为staging-k8s.gcr.io/kubemark, 可以通过docker image ls命令看到：

test@ubuntu:~$ sudo docker images
REPOSITORY                         TAG       IMAGE ID       CREATED         SIZE
lldhsds/kubemark                   1.19.0    e38978301036   3 hours ago     116MB
staging-k8s.gcr.io/kubemark        1.19.0    e38978301036   3 hours ago     116MB
staging-k8s.gcr.io/kubemark        latest    e38978301036   3 hours ago     116MB

此镜像用于启动模拟k8s节点的pod容器，镜像构建完成后打包并导入到external k8s集群的各节点中。

这里构建镜像的时候默认会到gcr去拉取基础镜像，国内无法pull镜像，可以修改Dockefile文件改用其他基础镜像：

[root@k8s-master kubemark]# pwd
/root/go/src/k8s.io/kubernetes/cluster/images/kubemark
# 修改Dockerfile，改用centos7.0作为基础镜像构建kubemark镜像
[root@k8s-master kubemark]# cat Dockerfile
FROM centos:centos7.0.1406
COPY kubemark /kubemark
# 构建镜像
[root@k8s-master kubemark]# IMAGE_TAG=v1.19.0 make build
[root@k8s-master kubemark]# docker images | grep kubemark
staging-k8s.gcr.io/kubemark   v1.19.0           b3c808cf091c   3 hours ago    309MB

kubemark集群搭建实战

准备好两套K8S环境：

  • kubemark cluster: 进行性能测试的集群，上面会出现一些 hollow node

  • external cluster: 运行一些名为 hollow-node-* 的 pod 的集群，这些 pod 通过 kubemark cluster 的 kubeconfig 文件注册为 kubemark cluster 的 node

创建hollow-nodes步骤如下：

说明：

下面用到的一些配置文件来自源码路径，kubernetes/test/kubemark/resources/，不同版本配置文件可能不同。本文部署针对源码配置文件做了部分删减。

external集群创建 kubemark namespace

[root@k8s-master ~]# kubectl create ns kubemark

external集群创建配置：

# 在 external cluster创建configmap
[root@k8s-master ~]# kubectl create configmap node-configmap -n kubemark --from-literal=content.type="test-cluster"

准备 kubemark cluster 的 kubeconfig 文件：kubeconfig.kubemark

# 在 external cluster 上创建secret，其中kubeconfig为kubemark集群的kubeconfig文件
[root@k8s-master ~]# kubectl create secret generic kubeconfig --type=Opaque --namespace=kubemark --from-file=kubelet.kubeconfig=kubeconfig.kubemark --from-file=kubeproxy.kubeconfig=kubeconfig.kubemark

在k8s各个节点导入kubemark相关镜像，将上述构建的kubemark镜像，同时还会用到busybox镜像

# docker环境
docker load -i busybox.tar
docker load -i kubemark-v1.19.0.tar

# containerd环境
ctr -n=k8s.io images import busybox.tar
ctr -n=k8s.io images import kubemark-v1.27.6.tar

准备hollow-node.yaml文件，该文件为创建hollow节点的配置文件：

以下yaml文件在k8s 1.19.0 + flannel 环境下测试正常：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: hollow-node
  namespace: kubemark
  labels:
    name: hollow-node
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      name: hollow-node
  template:
    metadata:
      labels:
        name: hollow-node
    spec:
      nodeSelector:
        name: hollow-node
      initContainers:
      - name: init-inotify-limit
        image: busybox
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        command: ['sysctl', '-w', 'fs.inotify.max_user_instances=524288']
        securityContext:
          privileged: true
      volumes:
      - name: kubeconfig-volume
        secret:
          secretName: kubeconfig
      containers:
      - name: hollow-kubelet
        image: staging-k8s.gcr.io/kubemark:v1.19.0
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        ports:
        - containerPort: 4194
        - containerPort: 10250
        - containerPort: 10255
        env:
        - name: CONTENT_TYPE
          valueFrom:
            configMapKeyRef:
              name: node-configmap
              key: content.type
        - name: NODE_NAME
          valueFrom:
            fieldRef:
              fieldPath: metadata.name
        command:
        - /bin/sh
        - -c
        - /kubemark --morph=kubelet --name=$(NODE_NAME) --kubeconfig=/kubeconfig/kubelet.kubeconfig  --alsologtostderr --v=2
        volumeMounts:
        - name: kubeconfig-volume
          mountPath: /kubeconfig
          readOnly: true
        securityContext:
          privileged: true
      - name: hollow-proxy
        image: staging-k8s.gcr.io/kubemark:v1.19.0
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        env:
        - name: CONTENT_TYPE
          valueFrom:
            configMapKeyRef:
              name: node-configmap
              key: content.type
        - name: NODE_NAME
          valueFrom:
            fieldRef:
              fieldPath: metadata.name
        command:
        - /bin/sh
        - -c
        - /kubemark --morph=proxy --name=$(NODE_NAME) --use-real-proxier=false --kubeconfig=/kubeconfig/kubeproxy.kubeconfig  --alsologtostderr --v=2
        volumeMounts:
        - name: kubeconfig-volume
          mountPath: /kubeconfig
          readOnly: true
      tolerations:
        - key: key
          value: value
          effect: NoSchedule
      affinity:
        nodeAffinity:
          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
            nodeSelectorTerms:
            - matchExpressions:
              - key: name
                operator: In
                values:
                - hollow-node

说明：

上述配置文件中kubemark运行参数，由于pod启动报错，kubemark不识别，所以去掉了$(CONTENT_TYPE)参数。

如果集群是通过域名访问的，需要在hollow-node.yaml文件中添加如下配置：

spec:
      hostAliases:

   - ip: "10.233.0.1"   ###如果是高可用，则填写集群的vip地址
     hostnames:
     - "vip.sanyi.com"   ###集群域名
           nodeSelector:
       name: hollow-node

以下yaml文件在k8s 1.27.6 + flannel 环境下测试正常，主要区别就是需要映射的volume和kubemark参数不同：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: hollow-node
  namespace: kubemark
  labels:
    name: hollow-node
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      name: hollow-node
  template:
    metadata:
      labels:
        name: hollow-node
    spec:
      nodeSelector:
        name: hollow-node
      initContainers:
      - name: init-inotify-limit
        image: busybox
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        command: ['sysctl', '-w', 'fs.inotify.max_user_instances=524288']
        securityContext:
          privileged: true
      volumes:
      - name: kubeconfig-volume
        secret:
          secretName: kubeconfig
      - name: containerd
        hostPath:
          path: /run/containerd
      - name: logs-volume
        hostPath:
          path: /var/log
      containers:
      - name: hollow-kubelet
        image: staging-k8s.gcr.io/kubemark:v1.27.6
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        ports:
        - containerPort: 4194
        - containerPort: 10250
        - containerPort: 10255
        env:
        - name: CONTENT_TYPE
          valueFrom:
            configMapKeyRef:
              name: node-configmap
              key: content.type
        - name: NODE_NAME
          valueFrom:
            fieldRef:
              fieldPath: metadata.name
        command:
        - /bin/sh
        - -c
        - /kubemark --morph=kubelet --name=$(NODE_NAME) --kubeconfig=/kubeconfig/kubelet.kubeconfig  --v=2
        volumeMounts:
        - name: kubeconfig-volume
          mountPath: /kubeconfig
          readOnly: true
        - name: logs-volume
          mountPath: /var/log
        - name: containerd
          mountPath: /run/containerd
        securityContext:
          privileged: true
      - name: hollow-proxy
        image: staging-k8s.gcr.io/kubemark:v1.27.6
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        env:
        - name: CONTENT_TYPE
          valueFrom:
            configMapKeyRef:
              name: node-configmap
              key: content.type
        - name: NODE_NAME
          valueFrom:
            fieldRef:
              fieldPath: metadata.name
        command:
        - /bin/sh
        - -c
        - /kubemark --morph=proxy --name=$(NODE_NAME) --use-real-proxier=false --kubeconfig=/kubeconfig/kubeproxy.kubeconfig  --v=2
        volumeMounts:
        - name: kubeconfig-volume
          mountPath: /kubeconfig
          readOnly: true
        - name: logs-volume
          mountPath: /var/log
        - name: containerd
          mountPath: /run/containerd
      tolerations:
        - key: key
          value: value
          effect: NoSchedule
      affinity:
        nodeAffinity:
          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
            nodeSelectorTerms:
            - matchExpressions:
              - key: name
                operator: In
                values:
                - hollow-node

创建hollow pod和node：

# 为节点设置label，label与上述配置文件中的labels保持一致
[root@k8s-master1 kubemark]# kubectl label node k8s-master1 name=hollow-node
node/k8s-master1 labeled
[root@k8s-master1 kubemark]# kubectl label node k8s-node1 name=hollow-node
node/k8s-node1 labeled
[root@k8s-master1 kubemark]# kubectl label node k8s-node2 name=hollow-node
node/k8s-node2 labeled

# 在 external cluster 创建相应的 hollow-node pod
[root@k8s-master ~]# kubectl create -f hollow-node.yaml
# 在 external cluster 检查相应的 hollow-node pod
[root@k8s-master ~]# kubectl  get pod -n kubemark

NAME                           READY   STATUS    RESTARTS   AGE
hollow-node-7b9b96674c-4kp7r   2/2     Running   0          23m
hollow-node-7b9b96674c-wzzf2   2/2     Running   0          23m

# 在 kubemark cluster 上检查相应的 hollow node
[root@k8s-master ~]# kubectl get node

NAME                           STATUS     ROLES    AGE     VERSION
hollow-node-7b9b96674c-4kp7r   Ready      <none>   22m     v1.19.0-dirty
hollow-node-7b9b96674c-wzzf2   Ready      <none>   23m     v1.19.0-dirty
k8s-master                     Ready      master   7d22h   v1.19.0
k8s-node1                      Ready      <none>   7d22h   v1.19.0
k8s-node2                      Ready      <none>   7d22h   v1.19.0

# 进一步查看模拟hollow-node节点的容器和hollow-node节点上的容器（flannel容器没有运行，应该是kubemark没有适配该cni插件）
[root@k8s-master ~]# kubectl get pod -A -o wide | grep hollow-node-7b9b96674c-4kp7r
kube-flannel kube-flannel-ds-bvh8b  0/1 Init:0/2 0  34m 192.168.192.168   hollow-node-7b9b96674c-4kp7r   <none>           <none>
kube-system  kube-proxy-c92nr        1/1 Running  0  34m 192.168.192.168   hollow-node-7b9b96674c-4kp7r   <none>           <none>
kubemark  hollow-node-7b9b96674c-4kp7r  2/2 Running  0  34m 10.244.2.105   k8s-node2     <none>           <none>
monitoringnode-exporter-cdck9  2/2 Running  0 34m  192.168.192.168  hollow-node-7b9b96674c-4kp7r <none>   <none>

说明：关于模拟hollow node节点的pod资源，官方给出的建议是每个pod 0.1 CPU核心和220MB内存。

在hollow节点启动pod测试：

# 为hollow node节点添加标签，如下：
[root@k8s-master ~]# kubectl label node hollow-node-7b9b96674c-4kp7r app=nginx
[root@k8s-master ~]# kubectl label node hollow-node-7b9b96674c-wzzf2 app=nginx

# 执行yaml脚本，在hollow节点启动pod，如下：
kubectl apply -f deploy-pod.yaml
###yaml问价内容如下：
---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deploy
  labels:
    app: nginx
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      nodeSelector:
        app: nginx
      containers:
      - name: nginx-deploy
        image: nginx:latest
        imagePullPolicy: IfNotPresent
            
# 查看部署的容器
[root@k8s-master ~]# kubectl get pod -A -o wide | grep nginx-deploy

default   nginx-deploy-9654cffc5-l8c2w 1/1  Running  0  12m 192.168.192.168 hollow-node-7b9b96674c-wzzf2 <none> <none>
default   nginx-deploy-9654cffc5-smqpj 1/1  Running  0  12m 192.168.192.168 hollow-node-7b9b96674c-wzzf2 <none> <none>

参考文档

kubernetes 性能测试工具 kubemark-CSDN博客

Kubernetes集群性能测试 - 乐金明的博客 | Robin Blog (supereagle.github.io)

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